（神华神东电力有限责任公司郭家湾电厂 陕西榆林 719408）
摘要：循环流化床燃烧技术作为沸腾燃烧的一种是近几年发展起来的一种新型高效清洁燃烧技术。与其他燃烧方式相比循环硫化床锅炉具有煤种适应性广、燃烧效率高、负荷调节性能好、低负荷稳燃性好、灰渣利于综合利用等特点尤其是它的炉内脱硫效果明显是国际上公认的洁净燃煤技术在国外电力行业已经有了相当的应用规模。然而炉内脱硫设备在实际应用中因燃煤含硫量变化大对喷吹石灰石量的控制造成很大的影响。本人从事火力发电热工专业工作多年，对循环流化床锅炉石灰石自动控制积累了几点经验，根据几个方面来分析如何提高炉内脱硫喷吹系统自动控制的品质和减少石灰石用量。
关键词：循环流化床；炉内脱硫；自动优化
1概述
目前我厂两台300MW循环硫化床锅炉采用的就是炉内喷钙脱硫技术，SO2排放限值为200mg/Nm3。为了达到此标准我厂于2014年对原有的脱硫喷吹系统进行了改造。然而改造后炉内喷钙系统在运行中出现自动调节品质差，对SO2排放指标控制严重滞后。运行人员手动控制又使得石灰石用量过大造成灰渣内含钙量高，出现灰渣“炸灰”现象，造成我厂巨大的环境和经济损失。为此，本人就炉内喷钙系统控制中存在的问题进行了深入的研究，并提出了提高石灰石自动控制品质优化以及降低石灰石用量的几点改进意见。
2炉内脱硫原理及影响因素
循环流化床锅炉炉内脱硫是采用石灰石干法脱硫来实现的，即将炉膛内的CaCO分解煅烧成CaO与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4随炉渣排出从而达到脱硫目的石灰石脱硫过程。
影响脱硫效率的因素和解决对策：床温对脱硫的影响，将床温控制在870℃至920℃之间；CaS摩尔比对脱硫的影响，将Ca/S摩尔比控制在4左右；石灰石入炉粒度对脱硫效率的影响，控制颗粒度平均为0.2mm-1mm；石灰石品质对脱硫效率的影响，采购是氧化钙≥48%、水分≤0.2%；煤种特性对脱硫的影响，稳定入场煤煤种，尽量采购低硫煤；石灰石投放方式对脱硫效率的影响，将石灰石粉末送至二次风支管和回料腿，随二次风和床料一起进入炉膛。
3炉内喷钙系统主要设备及喷吹工作流程
3.1主要设备
包括石灰石粉仓、收料仓、给料仓、圆顶阀、输送阀、吹堵阀、排气阀、喷吹支管阀、阀门控制组件、石灰石给料机、给料机变频器等。石灰石给料系统为两套设计可单独运行也可同时运行，一套设备将石灰石粉末送至二次风支管，另一套设备将石灰石粉末送至回料腿。
3.2喷吹工作流程
①在正常喷吹时，上罐空置，上罐进料阀、排气阀、上罐出口阀、下罐进料阀和平衡阀均处于关闭状态，下罐喷吹和流化气源不间断供应，旋转给料器按设定转速运行。
②当下罐物料低于低料位，料位计发出信号，上罐排气阀打开，释放上罐余留压力，平衡阀及中间阀仍处于关闭状态，等到上罐压力显示上罐压力降到0.02MPa 时，上罐进料阀打开，开始装料，装料时，上罐底部流化气源打开，防止上罐煤粉堆积结块。当上罐装料到高料位时，料位计发出信号，经过短暂延时后，上罐进料阀和排气阀依次关闭，装料停止。
③上罐底部流化气源仍在不停进入上罐，上罐压力上升，当上罐压力达到与下罐压力一致时，上罐出口阀、下罐进料阀打开，上罐煤粉靠自身重力落入下罐，为帮助下料，上罐顶部的进气阀打开，经过设定时间后，上罐进气阀关闭，平衡阀打开，一段时间后，上罐流化气源、上罐出口阀、下罐进料阀和平衡阀关闭，完成倒罐。
④当下罐物料降到低料位以下时，上罐排气阀打开，上罐开始新一轮装料，这样完成一个运行周期。
4优化前炉内喷钙脱硫系统逻辑分析
4.1给料机自动逻辑分析
原逻辑采用串级回路控制的策略将SO2折算值和设定值的偏差作为主调的输入，将变频器反馈折算为石灰石量作为主调的被跟踪量，将SO2偏差、负荷指令、床温、煤量指令作为前馈变量。将变频器反馈作为副调的被跟踪量。
该控制回路主要存在的问题：主调节器中将变频器反馈折算为石灰石量作为主调的被跟踪量，因石灰石流量目前为止没有可靠的计量手段，现有的流量计也只能大概测量给料量的多少却不能精确计算，用给料机变频器反馈折算石灰石量也是不准确的，因为给料机在不同负荷下的给料量也不是线性的存在所以难以准确计算，综上所述将石灰石量作为主调节器的被跟踪量是不准确的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际运行中也无法正常投运石灰石给料机的自动控制逻辑。
4.2石灰石喷吹流程逻辑分析
两套石灰石给料系统分别设置了喷吹流程，当给料循环启动后石灰石由上至下分别依次填料，给料仓和收料仓的下料量由料位开关和延时逻辑模块同时进行控制。
该流程存在的问题：因旋转给料机运行需要一定的初始转速，所以在不需要石灰石时必须手动停止喷钙流程，否则在10赫兹的最低转速下石灰石将不断的向炉内输送造成石灰石大量的浪费。如停止喷钙流程却在SO2浓度高时不能及时的投入石灰石造成指标的超标。
综上所述运行人员为了控制SO2指标，需要对喷钙流程启停和给料机变频控制指令进行大量的手动操作，不仅不能将SO2指标控制在合理范围内也付出了石灰石浪费和增加工作量的代价。
5石灰石自动逻辑优化
根据以上控制逻辑暴露处的问题，在通过大量的调研和研究后对石灰石自动控制系统的逻辑进行了修改。
5.1石灰石给料机自动控制逻辑的优化
由之前的串级回路控制修改为了单回路PID控制，将烟囱入口SO2实测值与运行人员输入SO2目标值的偏差作为PID调节器的输入，将“实时煤量比例值”、“床温”、“负荷指令”作为PID调节的前馈，PID功能块的输出直接控制石灰石给料机变频器的开度。
优化后石灰石自动控制系统的特点主要体现在以下几方面：
①整体控制框架由原来的串级回路修改为单回路控制，有效的提高了调节速率。
②将原逻辑采用一拖二的方式修改为单一控制，增加了调节手段。
③引入CEMS系统校准状态可及时对校准时参数不准确状态进行切除。
④优化前馈调节逻辑后提高了自动调节的及时性。
⑤保留了原有闭增、闭减功能提高了调节的稳定性。
5.2对喷钙流程的优化
此次优化过程中新增加了石灰石给料顺控的暂停功能采用SO2瞬时值和小时均值在超过高限设定值时采用“或”的关系自动启动顺控逻辑。在SO2瞬时值和小时均值在超过低限设定值时采用“与”的关系自动暂停顺控逻辑，这样既可保证在SO2高时启动顺控，低时停止顺控，有效的节约了石灰石用量。
6优化情况及效果
通过将串级回路修改为单回路控制以及增加喷钙顺控暂停功能后，在升降负荷、运行工况不稳定的情况下能够有效的保证自动的持续投入。投入自动后，可在测量值和设定值出现偏差后及时调整给料量有效控制了SO2浓度，也在SO2浓度较低时自动暂停了顺控逻辑在给料机在最低转速运行时也保证没有石灰石进入炉膛的情况，节约了大量的石灰石。至此给料机控制和顺控启停均实现了自动控制，节约了较大的人工成本有效的降低了运行人员的工作量。
逻辑优化前后灰渣含钙量数据分析：
飞灰氧化钙含量优化前23.98%，优化后15.95%。
炉渣氧化钙含量优化前14.72%，优化后11.63%。
7结语
循环硫化床炉内喷钙脱硫技术的应用对燃煤火力发电厂降低污染排放做出了重要的贡献。与此同时合理有效的利用石灰石粉料就成了需要深入研究的课题。既要保证环保指标又要保证经济效益，只有这样才能实现环保和经济效益的双赢。此次炉内喷钙系统的逻辑优化工作，充分说明在热工控制领域有很多需要我们继续研究和探讨的内容。经验得出只要通过不断的努力，提高设备系统的自动化水平就可以获得更大的安全、环保和经济效益。
参考文献：
[1]赵长遂《循环流化床锅炉炉内脱硫效率控制因素分析》2007
[2]赵志勇 张君 靳宗伟 刘桐《循环流化床锅炉炉内脱硫原理与因素分析》 2009
[3]黄坚《自动控制原理及其应用》高等教育出版社出版 2010
论文作者:李涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
标签：石灰石论文; 逻辑论文; 流化床论文; 回路论文; 给料机论文; 进料论文; 自动控制论文; 《电力设备》2017年第31期论文;